Dernière mise à jour :
07/01/2018
Présentation
Le montage présenté ici est un modulateur de lumière 3
voies capable d'allumer des séries de leds de différentes couleurs
: rouges pour les fréquences graves, vertes pour les
fréquences médiums et bleues pour les fréquences aigues.

Il dispose d'un réglage de sensibilité général et d'un réglage de sensibilité individuel pour les trois bandes de fréquence. Son
alimentation se fait sous 12 V, qui peut provenir d'une batterie de
voiture ou d'un bloc secteur quelconque si tant est que tension et
courant soient bien sûr adaptés. La captation du son se fait au choix
aux bornes d'un HP ou par microphone intégré, et le filtrage est de
type actif.
Avertissement
Ce
montage fonctionne en très basse tension (12 V) et le risque de
s'électrocuter est minime. Cependant, pour un usage en voiture ou moto,
il convient de porter la plus grande attention au câblage de la source
d'alimentation. La tension de 12 V en elle-même ne doit pas être trop
crainte, mais le
courant que peut fournir une batterie de voiture en cas de court-circuit peut être intense et provoquer un incendie !
Schéma
Il ne s'agit certes pas d'un montage
ultra-simple, mais vous comprendrez qu'il faut bien un minimum pour
obtenir l'effet désiré.

Ce schéma complet (mais sans extension) peut être décomposé en trois parties :
- préampli micro
- filtres BF
- section redressement et "puissance"
Préampli micro
Basé
autour de U1:A, il permet d'obtenir un signal BF d'amplitude suffisante
pour la suite des opérations. Cet étage apporte un gain non négligeable
de +40 dB quand le potentiomètre RV1 est à sa valeur maximale, ce qui
correspond à une amplification dans un rapport de 100 (un signal
d'entrée d'amplitude 50 mV ressort avec une amplitude de 5 V). Comme
l'ensemble fonctionne en basse tension unique (non symétrique), une
référence de tension égale à la moitié de la tension d'alim est créée
grâce au pont diviseur R4 / R5. Cette demi-tension est conservé par la
suite au niveau des filtres BF, c'est pourquoi on ne trouve aucun
condensateur de liaison en sortie de cet étage d'entrée. L'alimentation
du circuit intégré U1 est découplée par le réseau R24 / C2, qui absorbe
les variations de tension liées aux variations de courant quand les
leds clignotent. Cette précaution limite le risque de voir le préampli
d'entrée se mettre en mode en auto-oscillation, ce qui rendrait le
montage simplement inutilisable (risque plus grand avec gain élevé).
Branchement direct sur HP (sans microphone)
Il
est possible de brancher l'entrée du préampli directement sur une
sortie amplifiée, en parallèle sur un haut-parleur. Dans une voiture ou
tout autre milieu ambiant bruité, il peut en effet être intéressant de
faire réagir les lumières sur la musique seulement et pas sur le bruit
d'un moteur ou des gens qui crient à côté (la joie d'un montage qui
fonctionne fait faire tant de chose bizarres). Les points suivants sont
à prendre en compte lors d'un tel raccordement direct :
- si
l'alimentation 12 V est commune à la source sonore (autoradio ou ampli)
et au modulateur de lumière, il ne faut raccorder qu'un seul fil entre
sortie HP et entrée modulateur, c'est celui qui correspond à la sortie
"+" du HP. Le point de référence est dans ce cas la masse, commune
à tout le monde.
- l'amplitude des signaux BF issus d'une sortie
amplifiée sera très certainement trop grande pour attaquer le préampli,
il convient donc de l'atténuer suffisement.
- le cavalier JP1 et le microphone doivent être retirés.
Le schéma qui suit résume ces points et montre comment effectuer le câblage sur une sortie HP.

Une
résistance (RHP) et deux diodes (D1 et D2) ont été ajoutées pour
limiter à des valeurs raisonnables, l'amplitude du signal BF appliqué à
l'entrée du préampli micro. La résistance RHP. Si malgré cela vous
observez encore une trop grande sensibilité, ajoutez une nouvelle
résistance de 1 kO en parallèle sur les deux diodes D1 et D2.
Filtres BF
Les
filtres BF
sont de type actif et basés sur l'emploi d'AOP d'usage courant (LM324,
quatre AOP contenus dans un même boitier 14 pattes). Le filtrage est
assuré par la mise en place d'un filtre de type double-T (appelé aussi
T parallèle) dans la contre-réaction de chaque AOP. Un filtre de type
double-T présente la particularité de laisser passer presque tous les
signaux sauf ceux qui tombent dans une plage de fréquence donnée :
c'est un filtre réjecteur. Il présente en effet une impédance maximale
à une fréquence donnée (qui est la fréquence centrale du filtre)
et le taux d'atténuation diminue d'autant plus qu'on s'éloigne de cette
fréquence centrale. Le schéma ci-après montre le filtre réjecteur
de la voie des aigus, isolé de son AOP U1:B.

Par
rapport au schéma général, C5 et R9 ont été "relevés" pour mieux mettre
en évidence les deux "T" du filtre (premier "T" composé de R7, R8 et
C5, second "T" composé de C3, C4 et R9). Le but du jeu étant de laisser
passer certaines fréquences plus que d'autres (fonction d'un
passe-bande) et non au contraire d'en supprimer une partie (fonction
réjecteur), on pourrait bien se demander pourquoi utiliser de tels
filtres pour notre modulateur. En fait, le filtre n'est pas monté en
série avec le signal BF à traiter, mais est monté dans la boucle de
contre-réction de l'AOP concerné. Comme l'impédance est maximale à la
fréquence centrale, la réaction (de la sortie vers l'entrée de l'AOP)
est moindre et l'amplification est donc plus grande. Ce qui au
final conduit à filtrer le signal BF selon une courbe exactement
inverse (miroir) à celle que l'on a avec le filtre seul (comme montré
dans le schéma ci-avant). La courbe de réponse des trois filtres est
visible sur le graphe ci-après.
R9, R14 et R19 = 6,8 kOIl
apparait de façon immédiate que les trois voies grave (courbe rouge),
médium (courbe verte) et aigu (courbe bleue) sont vraiment très bien
séparées, le recouvrement entre chaque bande est quasi nul sur une
plage dynamique de 20 dB. Cela est lié au comportement type du filtre
double-T, dont la bande est très étroite et le taux de "réjection" très
fort (on peut modifier ce comportement en jouant sur le rapport
des composants, voir un peu plus loin). Résultat visuel : les
groupes de leds s'allumeront vraiment quand un signal BF comportera des
signaux dont la fréquence se situe dans la plage concerné du filtre.
Par exemple, un coup de basse autour de 70 Hz ne fera pas s'allumer les
leds vertes de la voie médiums, et un cri très aigu de femme ne fera
s'allumer que les leds bleues de la voie aigus avec un peu de la voie
centrale. Vous pouvez objecter
qu'en contrepartie, certaines fréquences qui ne se trouvent dans aucune
des trois plages, ne feront s'allumer aucune led. C'est tout à fait
exact, mais d'un autre côté, j'espère que le type de musique que vous
écouter est assez richement rempli pour disposer d'une
palette sonore étendue. Ce modulateur n'a pas été conçu pour servir
d'analyseur de spectre dans un laboratoire. Si toutefois vous souhaitez
étaler un peu la largeur de bande de chaque filtre, vous pouvez réduire
la valeur des résistances R9, R14 et R19 à 1 kO au lieu de 6,8 kO, la
réponse des filtres sera proche de celle montrée par les courbes
suivantes.
R9, R14 et R19 = 1 kOPar
rapport aux courbes précédentes et si on se base toujours sur la
référence "plate" à 20 dB, on constate que la couverture des filtres
est plus large sur la "ligne de référence" à +30 dB.
Section redressement et "puissance"
Chaque
filtre BF restitue sur sa sortie le signal BF débarrassé des
composantes fréquencielles qu'il est supposé atténuer. En sortie du
filtre le plus en haut du schéma complet (autour de U1:B), on ne trouve
que des signaux de fréquence élevée. Et en sortie du filtre le plus en
bas du schéma (autour de U1:D), on ne trouve que des signaux de
fréquence basse. Entre les deux et autour de U1:C, à vous de deviner. A
la suite de chaque filtre est placé un redresseur à diode et un
filtrage par condensateur, dont le rôle est de fournir une tension
continue dont la valeur est d'autant plus élevée que le signal BF en
sortie du filtre est d'amplitude élevée. On trouve donc aux bornes du
condensateur C7 une tension d'autant plus élevée qu'il y a d'aigus dans
le signal sonore, et on trouve aux bornes du condensateur C12 une
tension d'autant plus élevée qu'il y a de médiums dans le signal
sonore. Idem pour le condensateur C17, qui fait plus parler de lui
quand le signal sonore capté est riche en fréquences basses. Les
tensions continues ainsi obtenue sont dirigées vers un transistor de
commutation banal, en vu de le rendre conducteur et par là-même
d'allumer les leds qu'il comporte dans son circuit de collecteur. Entre
le condensateur de filtrage et le transistor, un petit potentiomètre
qui permet de doser la sensibilité pour chaque voie (RV2 à RV4).
Extension pour plus de leds
Le
schéma montre deux leds seulement par voie, mais il est possible d'en
mettre bien plus. Le nombre de leds en série dans une même branche est
limité par la tension d'alimentation (ici de 12 V) et par la tension
nominale des leds elles-mêmes. Il est possible de mettre 4 ou 5 leds
rouges en série, mais il n'est pas possible d'en mettre autant de
bleues car ces dernières présentent une tension nominale plus élevée,
généralement comprise entre 3,6 V et 4,0 V. Avec des leds dont le
courant nominal est de 20 mA, vous pouvez sans problème mettre 10
branches de 2 leds pour chacune des trois voies du modulateur de
lumière. Cela fait 200 mA en pointe dans chaque branche lorsque les
leds s'allument, mais en moyenne le courant est inférieur à 100 mA
quand les seuils sont correctement réglés par rapport à l'amplitude de
la source audio (il n'y a guère d'intérêt à tout régler trop sensible
pour que toutes les leds s'allument tout le temps). Le schéma qui suit
montre une extension possible incluant 3 groupes de 12 leds (soit 36
leds additionnelles au total) raccordées au circuit principal via les
trois points de liaison A, M et G.

Sur
le schéma qui précède, les résistances de limitation de courant en
série avec chaque branche de leds sont toutes marquées 100 ohms, mais
elles
doivent être calculées
en fonction de la tension nominale des leds utilisées et de la tension
d'alimentation. Si le montage est destiné à rester à la maison, la
tension d'alimentation pourra être poussée sans problème à +15 V, ce
qui permettra de mettre plus de leds dans chaque branche.
Alimentation
Sur
batterie 12 V (solution itinérante, avec autoradio comme source sonore
principale) ou sur secteur. Dans le second cas, vous pouvez utiliser
une alimentation stabilisée simple comme celle décrite à la page
Alim simple 001.
Dans le pire des cas (toutes leds allumées), la consommation totale est
grosso-modo égale au courant consommé par l'ensemble des leds. Si vous
conservez une seule branche de leds pour chaque voie, la consommation
totale n'excedera pas 70 mA. Avec dix branches de leds par voie,
l'alimentation devra être en mesure de débiter un courant de 600 mA au
moins. Une protection contre inversion de polarité peut être ajoutée en
insérant une diode de type 1N4007 en série avec le pôle positif de
l'alimentation 12 V (anode de la diode côté alimentation secteur ou
batterie, et cathode côté modulateur).
Prototypes
Plusieurs prototypes réalisés par différentes personnes.
Prototype de Fabien H.
Réalisé avec 3 groupes de 80 LED chacun.
Vidéo YoutubeCommentaire de Fabien :
Modulateur
de lumière basé sur votre montage 006 un peu adapté pour mon projet. Il
commande 3 x 80 leds et la captation du son utilise
votre "Détecteur sonore 004". Merci pour votre générosité dans le
partage de votre savoir. Cordialement. Fabien.Merci Fabien pour vos retours, et bravo pour cette belle réalisation !
Prototype de Thomas C.
Merci
aussi à Thomas pour son retour d'expérience, ses commentaires et sa
vidéo pour le modulateur réalisé par lui-même, avec l'assistance de son
frère Julien C. et de Fabien T.
Vidéo Youtube.
Prototype de Hammami Amin
Réalisé sur plaque d'expérimentation, merci pour la photo !

Dans
l'état, fonctionne correctement mais avec un degré de luminosité
moindre pour les basses et médiums. J'ai conseillé à son auteur de
revoir à la
baisse la valeur des résistances série des LED, voir de retirer
une LED dans chaque branche ou de rajouter des branches entières
de LED si cela ne suffit pas. En faisant bien sûr toujours
attention au
courant max qui peut circuler dans les LED et qui dépend des
modèles choisis. Un autre ajustement possible consiste à élargir
un peu la bande passante du filtre, comme proposé de le texte qui
précède.
Circuit imprimé
Commencé et donc pas fini.

- un premier circuit imprimé principal pour l'étage d'entrée, pour les trois filtres et les six leds de base,
-
un second circuit imprimé d'extension pour trois groupes de leds
additionnels et raccordés aux points A, M et G du circuit principal.
Les
deux circuits imprimés sont de dimensions identiques et peuvent être
superposés (même philosophie que celle adoptée pour mon
stroboscope à leds 004),
tout en laissant la possibilité de n'utiliser que le circuit principal
de façon totalement autonome, sans leds additionnelles.
Historique
07/01/2018
- Ajout vidéo prototype de Fabien H., que je remercie pour ses retours.
15/05/2011
- Ajout photo et vidéo du proto de Thomas C., que je remercie pour ses retours..
31/10/2010
- Ajout photo proto Hammani A., que je remercie pour ses retours.
27/06/2010
- Première mise à disposition